DE3703363C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, bei der für den Zweck einer ununterbrochenen Steuerung der Drehzahl der Maschine während des Leerlaufbetriebes ein Zusatzluftmengen-Steuerventil in einer Bypass-Leitung eines Drosselventils untergebracht ist.

Es ist aus der EP 01 70 018 (A2) bekannt, im Leerlauf bei einer Brennkraftmaschine, bei dem das Drosselventil praktisch im geschlossenen Zustand gehalten wird, die Drehzahl der Maschine durch ein Zusatzluftmengen-Steuerventil (im Folgenden einfach als "Steuerventil" bezeichnet) zu steuern, das sich in einer Bypass-Leitung befindet, die die stromauf und stromab liegende Seite des Drosselventils verbindet. Bei diesem Prinzip wird die Stellung des Steuerventils derart geregelt, daß die tatsächliche Drehzahl der Maschine mit der Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt, die im voraus als Funktion der Temperatur des Maschinen- oder Motorkühlwassers eingestellt ist.

Eine solche Leerlaufregelung ist nicht stabil, wenn die arithmetische Einheit der elektronischen Steuervorrichtung irgendeine Störung aufweist.

Es wurden deshalb Sicherheits-Notlaufeinrichtungen für Störfälle entwickelt. Bei einer solchen bekannten Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für den Leerlaufbetrieb von Brennkraftmaschinen nach der DE-OS 33 22 240 wird bei normalem Betrieb das Luft-Steuerventil durch einen Zweiwicklungsdrehsteller bewegt, dessen Ansteuersignal mit veränderlichem Tastverhältnis bei normalem Betrieb von einem Rechner erzeugt wird. Dabei wird das Ansteuersignal überwacht und beim Auftreten eines Störfalls abgeschaltet oder durch einem Notlaufgenerator mit konstantem Tastverhältnis betrieben. Dadurch wird das Ventilglied im Störungsfall in einer vorbestimmten Sicherheitsposition gehalten. In diesem Fall wird jedoch die Drehzahl der Brennkraftmaschine nicht mehr abhängig von Betriebsparametern gesteuert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen fortgesetzten praktikablen und stabilen Leerlaufbetrieb auch bei einem Störfall der arithmetischen Einheit einer Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung zu gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach dem Patentanspruch 1 die Spule des Steuerventils von dem Maschinenkühlwasser umströmt, so daß ihr elektrischer Widerstand mit der Temperatur des Kühlwassers steigt, und wird im Störfall einer arithmetischen Einrichtung dem Steuerventil ein fester Kommandowert zugeführt, so daß in diesem Fall der Öffnungsgrad des Steuerventils eine Funktion der Maschinentemperatur ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktions-Blockdiagramm einer Ausführungsform und

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm dieser Ausführungsform.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist eine Bypass-Passage (31), die stromauf- und stromabseitig mit einem Drosselventil (32) verbunden ist, welches sich in der Saugluftleitung einer Brennkraftmaschine befindet, mit einem Steuerventil (30) versehen. Der Öffnungsgrad des Steuerventils (30) wird durch eine Spule (16 A) (Solenoid) gesteuert. Eine Einspritzdüse (34) spritzt durch einen bekannten Mechanismus Brennstoff zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in eine Einlaßleitung (33) und zwar in einer Menge, die in Übereinstimmung mit der angesaugten Luftmenge bestimmt wird.

Ein TDC-Sensor (15) gibt jedesmal einen Impuls (TDC-Impuls) ab, wenn ein Kolben (38) eines bestimmten Zylinders (35) einen Punkt erreicht, der 90° kurz vor dem oberen Totpunkt liegt.

Ein Rohr für Maschinenkühlwasser (20) ist um den Zylinder (35) und die Spule (16 A) gelegt, so daß das Kühlwasser um deren Umfang zirkuliert. Die Zirkulation des Maschinenkühlwassers zur Spule (16 A) hat den Vorteil, ein Überhitzen der Spule (16 A) zu verhindern. Die Temperatur des Maschinenkühlwassers wird von einem Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14) festgestellt.

Ein allgemein bekannter Mikrocomputer besteht aus einer CPU (1), einem Rahmen (2), einem ROM (3), einem Eingangs/Ausgangs-Interface (I/O) (4) und einer Sammelleitung (4 A) für die Verbindung der vorgenannten Komponenten.

Vom TDC-Sensor (15) abgegebene TDC-Impulse und die vom Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14) festgestellte Maschinenkühlwassertemperatur werden dem Eingangs/Ausgangs-Interface (4) zugeleitet.

Die Spule (16 A) ist mit ihrem einen Ende an eine Batterie (6) angeschlossen. Das andere Ende der Spule ist an eine Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) angeschlossen. Diese Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) ist über eine Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) geerdet.

Die Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) erfaßt die zur Spule (16 A) fließende Stärke des elektrischen Stromes und erzeugt ein Signal zum Anzeigen der erfaßten Stärke am Interface (4).

Ein Schalter (55) ist mit einem Paar von Eingangsanschlüssen (55 A, 55 B) und einem Ausgangsanschluß (55 D) versehen und kann den Ausgangsanschluß (55 D) mit jedem der Eingangsanschlüsse (55 A, 55 B) verbinden und zwar in Abhängigkeit davon, ob ein Steuersignal zu einem Steueranschluß (55 C) geleitet wird oder nicht.

Der Eingangsanschluß (55 B) ist mit einem Festimpulsgenerator (59) verbunden. Der Eingangsanschluß (55 A) und der Steueranschluß (55 C) sind mit dem Eingang/Ausgang-Interface (4) des Mikrocomputers (5) verbunden. Der Ausgangsanschluß (55 D) ist mit der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) verbunden.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 sind der Mikrocomputer (5), der Schalter (55), die Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56), die Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) und der Festimpulsgenerator (59) Bestandteil einer elektronischen Steuervorrichtung (40).

Nun wird der Betriebsablauf der Ausführungsform dieser Erfindung anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben.

Fig. 1 ist ein Funktions-Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in dem ein Block (70), gekennzeichnet durch die strichpunktierte Linie, die Funktion des Mikrocomputers (5) charakterisiert. In Fig. 1 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 identische oder gleiche Teile.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 wird der vom TDC-Sensor (15) erzeugte TDC-Impuls einer Maschinendrehzahl- Detektionseinrichtung (51) zugeführt. Bei der Maschinendrehzahl (Upm)-Detektionseinrichtung (51) wird der reziproke Wert der Ausgangsintervallzeit des TDC-Impulses, nämlich die Drehzahl der Maschine, berechnet.

Eine Soll-Drehzahl-Einstelleinrichtung (52) sucht auf der Basis der vom Maschinenkühlwasser-Temperatursensor (14) erfaßten Maschinenkühlwassertemperatur eine Soll-Drehzahl aus einer Soll-Leerlaufdrehzahltabelle, die als Funktion der Maschinenkühlwassertemperatur im voraus eingestellt ist.

Eine Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) gibt auf der Basis der Abweichungen der Drehzahlen der Maschine von der Soll-Drehzahl der Leerlaufumdrehungen einen Kommandowert (ICMD) ab, um die zur Spule (16 A) fließende Stromstärke festzulegen, so daß die Drehzahl der Maschine in der Nähe der Soll-Leerlaufdrehzahl liegt oder mit dieser zusammenfällt. Der Kommandowert (Icmd) wird vom Impulsgenerator (54) abgegeben.

Der Schalter (55) verbindet während des Normalbetriebes der arithmetischen Einheit (60) den Eingangsanschluß (55 A) und den Ausgangsanschluß (55 D). Als Ergebnis wird das vom Impulsgenerator (54) erzeugte Impulssignal variablen Tastverhältnisses zur Solenoidstrom- Steuereinrichtung (56) abgegeben. Die Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) steuert den zur Spule (16 A) fließenden Strom entsprechend dem Impulswirkungsverhältnis oder der Eigenschaft des Impulssignals, welches durch den Schalter (55) ausgewählt wird.

Die Stärke (Iact) des tatsächlich zur Spule (16 A) fließenden Stromes wird von der Solenoidstrom-Detektionseinrichtung (57) festgestellt und es erfolgt eine Rückkopplung desselben zur Stromrückkopplungseinrichtung (58). Die Stromrückkopplungseinrichtung (58) vergleicht den Iact- mit dem Icmd-Ausgang der Maschinendrehzahl- Rückkopplungseinrichtung (53) und erzeugt einen Korrekturwert (Dfb) zum Impulsgenerator (54), so daß die Stärke des Iact nahezu gleich der Stärke des Icmd ist bzw. mit dieser zusammenfällt.

Wenn die arithmetische Einheit (60) der elektronischen Steuervorrichtung (40), nämlich die Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) und die Strom-Rückkopplungseinrichtung (58) normal funktionieren, wird die Stärke des elektrischen Stromes zur Spule (16 A) (der Öffnungsgrad oder die Stellung des Steuerventils (30)) gemäß der vorstehenden Beschreibung gesteuert, um den Leerlaufbetrieb derart zu bewirken, daß die Drehzahl der Maschine mit der Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt.

Wenn die arithmetische Einheit (60) eine Störung entwickelt, nämlich wenn die CPU (1) des Mikrocomputers (5) (Fig. 2) außer Kontrolle gerät, so wird beispielsweise diese Störung durch eine Störungs-Detektionseinrichtung (61) der arithmetischen Einheit festgestellt. Diese Störungs-Detektionseinrichtung (61) der arithmetischen Einheit kann beispielsweise als Wachzeitglied ausgebildet sein.

Wenn die Störungs-Detektionseinrichtung (61) der arithmetischen Einheit eine Störung der arithmetischen Einheit (60) feststellt, so stellt sie die arithmetische Einheit (60) zurück und gibt gleichzeitig zum Steueranschluß (55 C) des Schalters (55) ein Steuersignal ab.

Der Schalter (55) wird folglich geschaltet, um den Eingangsanschluß (55 B) und den Ausgangsanschluß (55 D) miteinander zu verbinden. Als Ergebnis wird das Ausgangssignal des Festimpulsgenerators (59) anstatt dem Ausgangssignal des Impulsgenerators (54) der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) zugeführt.

Der Festimpulsgenerator (59) erzeugt ein Impulssignal, welches ein vorbestimmtes festes Tastverhältnis hat und dessen Frequenz gleich der vom Impulsgenerator (54) gelieferten ist. Der Festimpulsgenerator (59) kann beispielsweise als ein astabiler Multivibrator ausgebildet sein.

Wenn eine Störung in der arithmetischen Einheit (60) festgestellt wird, so ändert sich das Tastverhältnis des von der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) gelieferten Impulssignals auf einen vorbestimmten Wert und das Steuerventil (30) wird auf den vorbestimmten Öffnungsgrad oder die vorbestimmte Stellung eingestellt.

Obwohl das Tastverhältnis des der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) zugeführten Impulssignals infolge der Festellung einer Störung in der arithmetischen Einheit (60) auf den vorbestimmten, festen Wert geändert wird, wie dies zuvor beschrieben wurde, so wird die Stärke des Spulenstromes in diesem Fall auch noch durch die Stärke des Widerstandes der Spule (16 A) beeinflußt, weil die Stromrückkopplungsschleife absichtlich offengehalten wird.

Die Größe des elektrischen Widerstandes von Metall nimmt, wie dies allgemein bekannt ist, im allgemeinen bei fallender Umgebungstemperatur ab. Da das Maschinenkühlwasser (20), um die Spule (16 A) des Steuerventils (30) zirkuliert, kann angenommen werden, daß die Temperatur des Solenoids (16) praktisch gleich der des Maschinenkühlwassers (20) ist. Damit ändert sich der Widerstand der Spule (16 A), somit der Strom durch die Spule und damit der Öffnungsgrad des Steuerventils mit der Temperatur des Kühlwassers.

Wenn die Temperatur des Maschinenkühlwassers niedrig ist muß die Soll-Leerlaufdrehzahl eher auf ein höheres Niveau festgelegt werden. In diesem Fall wird der elektrische Widerstand der Spule (16 A) abgesenkt, so daß sich der elektrische Strom zur Spule (16 A) vergrößert. Als Ergebnis wird die Menge an Zusatzluft, die durch den Bypass (31) strömt, vergrößert und die tatsächliche Anzahl der Leerlaufumdrehungen wird ebenfalls ziemlich erhöht.

Wenn dagegen die Temperatur des Maschinenkühlwassers nach dem vollständigen Aufwärmen der Maschine relativ hoch ist und die Soll-Leerlaufdrehzahl eher auf ein niedrigeres Niveau eingestellt werden muß, wird der elektrische Widerstand der Spule (16 A) erhöht, so daß ein kleiner Strom durch die Spule (16 A) fließt als bei niedriger Temperatur. Als Ergebnis wird die Menge der durch den Bypass (31) strömenden Zusatzluft vermindert und die tatsächliche Leerlaufdrehzahl wird ebenfalls ziemlich vermindert.

Unter der Annahme, daß bereits eine Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung existiert, bei der die arithmetische Einheit (60) mit der Maschinendrehzahl-Rückkopplungseinrichtung (53) und eventuell der Strom-Rückkopplungseinrichtung (58) versehen ist und bei der die Erregung der Solenoidstrom-Steuereinrichtung (56) entsprechend dem Impulswirkungsverhältnis des Impulssignals eingestellt wird, so wird die beschriebene Funktionsweise erzielt, indem einfach die genannte Vorrichtung mit einem zusätzlichen Festimpulsgenerator (59),einer Störungsdetektoreinrichtung (61) und einer Umschalteinrichtung (55) versehen wird. Dies bedeutet, daß die Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung, die die vorliegende Erfindung verwendet, preiswert angeboten werden kann.

Nachdem als Steuerventil (30) ein elektromagnetisches Proportional-Ventil verwendet wird, bei dem die Stärke des Antriebsstromes der Spule im wesentlichen proportional zum Verschiebebetrag oder Anhebebetrag des Ventils ist, wird sich eine praktikable Leerlaufdrehzahl-Steuereigenschaft des Ventils ergeben, weil die Menge an Zusatzluft durch das Bypass (31), nämlich die Soll-Leerlaufdrehzahl, sich linear ändern kann.

Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel einer Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung eine Drehzahlregelung der Maschine und ein System zur Regelung des elektrischen Stromes aufweist, ist auch eine Ausführung ohne Stromregelung möglich.

Claims (2)

1. Zusatzluftmengen-Steuervorrichtung für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, umfassend ein in einer Saugluftleitung eingesetztes Drosselventil, eine dieses überbrückende Bypaß-Leitung und ein darin angeordnetes Steuerventil (30), wobei das Steuerventil als elektromagnetisches Proportionalventil ausgebildet ist, dessen Öffnungsgrad durch die Stärke eines elektrischen Stromes festgelegt ist, der durch eine dem Steuerventil (30) zugeordnete Spule (16 A) fließt, die so ausgebildet ist, daß sich ihr elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur erhöht, eine arithmetische Einrichtung (60) zum Berechnen des an das Steuerventil (30) zu liefernden Kommandowertes derart, daß die Drehzahl der Maschine mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt, eine Einrichtung (61) zum Feststellen einer Störung der arithmetischen Einrichtung (60), eine Einrichtung zum Erzeugen eines vorbestimmten festen Kommandowertes, eine Schaltereinrichtung, die auf das Feststellen einer Störung durch die Störungsfeststelleinrichtung (61) anspricht, um den vorbestimmten festen Kommandowert an das Steuerventil (30) zu liefern anstelle des Kommandowertes von der arithmetischen Einrichtung (60), und eine Einrichtung, um Maschinenkühlwasser (20) um den Umfang der Spule (16 A) zirkulieren zu lassen, so daß bei einer festgestellten Störung der arithmetischen Einrichtung (60) die Stärke des durch die Spule fließenden elektrischen Stromes und demgemäß der Öffnungsgrad des Steuerventils (30) eine verbundene vorbestimmte gewünschte Funktion des festen Kommandowertes und der Temperatur des Maschinenkühlwassers ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Einrichtung (60), wenn sie richtig arbeitet, auf eine Abweichung zwischen dem Kommandowert und dem elektrischen Strom, der tatsächlich in der Spule (16 A) fließt, anspricht, um die Stärke des in der Solenoidspule fließenden Stromes über eine Rückkopplungsschleife (58) zu steuern, und daß die Schaltereinrichtung (55) wirksam ist, die Rückkopplungsschleife (58) beim Feststellen einer Störung der arithmetischen Einrichtung (60) durch die Störungsfeststelleinrichtung (61) zu öffnen.